卡门涡街失败 用Fluent模拟卡门涡街的失败经验总结

首先请看下面的图,从这张图上来看,模拟还是成功的,其中的波折可谓"山穷水尽疑无路,柳暗花明又一村"。

    导入Fluent时用的是《Fluent技术基础与应用实例》自带光盘中的网格,按照书中的介绍把所有细节设置好,关键是求解器设置中的时间选项要选非定常(非稳态)。 但是迭代后根本没有任何旋涡出现,后面出现的是一条带状阴影逐渐扩大。 几次努力后发现没有在边界面设置中把流体设置为水,还停留在空气状态。 更正以后再跑,情况并没有什么好转,又是白跑了几轮。

   搜别人的经验时,终于在一篇文档中看到一个细节: 迭代时时间步长不能太长,厘米级直径的圆管,速度到0.1米级时0.1秒以下比较容易出结果! 就此顺利跑出结果。

压力-速度耦合用的SIMPLEC,离散压力用Second Order,动量用Second Order Upwind,其他的迭代精度、时间步迭代次数什么的对结果影响并不大。 (补充: 其实还是要根据St数、Re数来计算理论涡脱落周期,取其1/20 - 1/100作为步长,3d另论)。在display-velocity-cell courant number能查看Courant数。

    以上划线部分为重点,希望对其他在层流模型下模拟不出涡街的人有所帮助。

看了一篇文章,新建了一个模型,只在圆柱近壁用小尺寸网格,1D距离以外逐渐增大,从近壁的0.5mm到上下边缘的5mm,出口处10mm。如此讲究的网格划分,结果竟然是无法形成涡街,尤其是圆柱上下边缘的两个涡一起脱落很让人无言。还没找到解决办法,可能要重新划分网格。

网格图

流场图

网格重新划分,让每个网格长宽比不超过2。然后涡街就出来了,不过Cd和Cl曲线还是0,猜猜为什么?因为我没勾选print来让它们显示出来...真够傻的,还好只耽误了3天时间。 设定监测点的时候,几个点的监测值都相同,试过很多次,发现在定义点的时候,鼠标点选和坐标输入之间有冲突,最保险的办法是每次点选之后都把坐标清零,以免各点重叠。

计算完y 后决定重新划分网格,因为想把网格尺寸从近壁的密集网格过渡到近区的较密和远区的稀疏,使用了两个边界层,在每个边界层最外层都利用过渡网格把网格尺寸放大。划分过程中的经验是:注意网格长宽比和相邻网格面积的比例,避免剧烈的变动;可先用层流模型计算出大致的流场分布,找出压力梯度密集的区域和涡脱落的区域,按照这个区域分布定义近区和远区并重新划分网格;边界层的沿壁面网格数应该按照过渡层的数量和比例来设定,比如要用1:3的比例设置3层过渡层,把网格宽度变成内层网格的27倍,在此段壁面划分壁面网格时,应该是27的倍数。

采用增强壁面处理后,湍流模型的圆柱绕流涡街模拟不成功,只在圆柱后面产生阴影区,但是没有涡脱落。无论k-e和k-omega都不行,按照论坛里的建议,把入口和出口的湍流参数设为湍流强度5%、湍流粘性比1,用0.002秒的步长(涡脱落周期0.26秒)后成功出现涡街。

最近在核对计算出的阻力和升力系数与文献的一致性,试过RNG k-e和SST k-w,正如某些论文里所说,k-e比较适合流场分析,k-w的近壁表现更精准。 涡量图漂亮吗?中央隐约看的见边界层过渡引起的涡量不连续,基本可以确定边界过渡层能够减少网格总数,但如果位于近区会对结果产生影响。

Fluent模拟卡门涡街

最近在试层流模型,发现压力和动量方程用一阶算法能比二阶算法产生更稳定和漂亮的Cl曲线,这倒是很想不到,还需要研究。

EXCEL中均方根(RMS)的算法 =SQRT(SUMSQ(A1:A2)/COUNTA(A1:A2)) 真折腾,用法是吧A1:A2换成需要求均方根的单元序号, 在分析幅度非定值的Cl或Cd曲线时(例如三维流场)用RMS值来衡量比较合理。

增加一个数据处理的EXCEL,可以把同个文件夹里的所有。xy文件逐列读进EXCEL,插入空白列以及把文本转换成EXCEL的单元格,用VBA写的,用于全周的压力系数绘图。不过为什么不能存附件呢? 没办法了。

靠压力系数来检测分离太辛苦,要判断拐点,还是Skin Friction Coefficient直接找0值点方便,不过Cp还是要弄的。 基压(base pressure)指的是阻碍体后驻点压力(没后驻点的就取最下游边缘)。

在GAMBIT里把网格保存成图片的时候背景颜色和几何体颜色可以在edit - default - graphic里调整,网格颜色在几何体操作页面选“色轮”图标更改